ビフィズス菌の腸内定着の確立におけるミルクオリゴ糖やムチン糖鎖代謝産物の役割
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22K05974
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 42010:Animal production science-related
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
向井 孝夫 北里大学, 獣医学部, 教授 (20229917)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | Bifidobacterium / 硫酸化ムチン / sulfatase / 腸内細菌 / ムチン / オリゴ糖 / シアリダーゼ / スルファターゼ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題では，①ヒト乳児期の主要な腸内細菌はなぜ3菌種のビフィズス菌に限られるのか？②この３菌種に限られることで宿主に有益な効果はあるのか？という二つの学術的な問いに対する答えを提示することをめざし，特に母乳オリゴ糖や酸性ムチン糖鎖に存在するGlcNAc-6-SO3やシアル酸を介した乳児型ビフィズス菌の共生関係の一端を明らかにするとともに、同様な現象が他の動物種でも生じているのかを明らかにすることを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
授乳期に優勢な乳児型ビフィズス菌として見出されているBifidobacterium bifidumはヒトミルクオリゴ糖やムチン糖鎖に対する様々な糖分解酵素を有し、遊離した糖を他の乳児型ビフィズス菌に提供していることが示されてきた。B. bifidumが有するムチン糖鎖分解酵素の一つにスルホグリコシダーゼが見出されており、遊離する硫酸化糖であるGlcNAc6S をBifidobacterium breveに提供していることが報告されてきた。しかし、B. breveにおけるGlcNAc6Sの代謝機構は明らかになっていない。初年度の研究では、B. bifidumの有するスルホグリコシダーゼにより遊離したGlcNAc6SをB. breveが糖源として利用している機構を明らかにするため、B. breveの硫酸化糖代謝機構を明らかにすることを目的とした。
B. breve の特定の株におけるゲノム情報に基づき硫酸化糖代謝に関与することが示唆された硫酸化糖取り込み輸送体、スルファターゼ及び亜硫酸排出輸送体の各遺伝子の欠損株を作製した。作製した欠損株を用いてグルコースあるいはGlcNAc6Sを唯一の糖源とする培地で培養した結果、グルコース含有培地では全ての株で生育が確認され、GlcNAc6S含有培地では野生株は生育したが、3種類の遺伝子欠損株は生育しなかった。また、欠損株の相補株を作製し同様の実験を行なったところ、GlcNAc6S含有培地での生育の回復が確認できた。また、野生株においてGlcNAc6S含有培地の培養上清中の硫化物を解析したところ、培養上清から硫酸イオンが検出された。以上の結果から、B. breve は確実に硫酸化糖であるGlcNAc6Sの代謝機構を有することが明らかとなった。授乳期におけるGlcNAc6Sを介したビフィズス菌間の共生関係の一端を明らかにすることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
乳児期の主要ビフィズス菌が３菌種（Bifidobacterium bifidum、Bifidobacterium breve及びBifidobacterium longum subsp. infantis）にほぼ限られる理由や３菌種に限られることで宿主に有益な効果はあるのかについては完全に解明されていない。本研究では3年間の研究を通して、ヒトミルクオリゴ糖や酸性ムチン糖鎖に存在するシアル酸や酸性ムチン糖鎖に存在するGlcNAc-6-SO3を介した栄養共生による乳児型ビフィズス菌の共生関係の一端を明らかにすることを最大の目的とした。また、このような栄養共生を介した腸内細菌の共生関係が広く哺乳動物でみられる現象であるかを明らかにすることを目的としている。
初年度は特に酸性ムチン糖鎖に存在するGlcNAc-6-SO3を介した乳児型ビフィズス菌の共生関係の一端を明らかにするため、B.breveのGlcNAc-6-SO3の代謝機構の解明を計画しており、おおむね予定通り研究は進んでいるものと評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
２年目以降は、腸内細菌叢形成過程におけるミルクオリゴ糖や酸性ムチン糖鎖に存在するシアル酸の栄養共生の役割を明らかにする。すでに申請者らは、ヒト乳児でみられるB. bifidumとB. breve間でシアル酸（Neu5Ac）を介した栄養共生関係が成立していることを明らかにしてきた。B. bifidumは細胞外シアリダーゼを有している一方でシアル酸代謝経路（Nan経路）を持たないため、遊離したシアル酸を利用しない。他方、B. breveはシアル酸を利用できるがシアリルオリゴ糖を利用できない。B. breveとB. bifidumをシアリルラクトースを添加した培地を用いた２菌種の共培養実験からB. breveは遊離シアル酸を獲得するためにB. bifidumに依存していることが示されてきた。このようなミルクオリゴ糖を介した腸内細菌の共生関係はヒト乳児のみで生じている現象ではない可能性を申請者らは見出している。すなわち、シアリルラクトースを主要ミルクオリゴ糖とするラット乳を哺乳する乳仔の腸内細菌菌叢を解析した結果、LactobacillaceaeやEnterosoccusが優勢であることを見出してきた。またシアリダーゼ保有菌としてEnterococcus gallinarumを同定している。このようなことから、Lactobacillaceaeが優勢なラット乳仔の腸内細菌叢形成過程におけるシアリルオリゴ糖を介した栄養共生関係が寄与していることが強く示唆されている。以上から２年目以降は、ヒト乳児でみられるミルクオリゴ糖やムチン糖鎖を介した腸内細菌叢の栄養共生関係が、哺乳動物で一般化される現象であるか否かを明らかにする第一歩として、ラット哺乳期から分離されたEnterococcus gallinarumのシアリダーゼについて解析を進める予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
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[Journal Article] O-acetylesterase activity of Bifidobacterium bifidum sialidase facilities the liberation of sialic acid and encourages the proliferation of sialic acid scavenging Bifidobacterium breve.2022
Author(s)
Yokoi T, Nishiyama K, Kushida Y, Uribayashi K, Kunihara T, Fujimoto R, Yamamoto Y, Ito M, Miki T, Haneda T, Mukai T, Okada N.
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Journal Title
Environmental microbiology reports
Volume: 14
Issue: 4
Pages: 637-645
DOI
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Peer Reviewed / Open Access
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